刀翼式PDC钻头的侧向力平衡设计

聚晶金刚石(PDC)钻头的侧向不平衡力是造成钻头涡动的主要原因之一,而侧向不平衡力取决于钻头的布齿结构,通过合理的布齿结构设计,可有效地控制侧向不平衡力的大小。在对PDC钻头进行受力分析的基础上,建立了PDC钻头受力计算模型,提出了通过调整刀翼周向位置使钻头的侧向不平衡力达到最小的优化设计方法。利用该方法进行了实例计算,结果表明,该设计方法能将PDC钻头的侧向不平衡力控制在钻压的1%以内。     

Direct measurement of critical Casimir forces

When fluctuating fields are confined between two surfaces, long-range forces arise. A famous example is the quantum-electrodynamical Casimir force that results from zero-point vacuum fluctuations confined between two conducting metal plates. A thermodynamic analogue is the critical Casimir force: it acts between surfaces immersed in a binary liquid mixture close to its critical point and arises from the confinement of concentration fluctuations within the thin film of fluid separating the surfaces. So far, all experimental evidence for the existence of this effect has been indirect. Here we report the direct measurement of critical Casimir force between a single colloidal sphere and a flat silica surface immersed in a mixture of water and 2,6-lutidine near its critical point. We use total internal reflection microscopy to determine in situ the forces between the sphere and the surface, with femtonewton resolution. Depending on whether the adsorption preferences of the sphere and the surface for water and 2,6-lutidine are identical or opposite, we measure attractive and repulsive forces, respectively, that agree quantitatively with theoretical predictions and exhibit exquisite dependence on the temperature of the system. We expect that these features of critical Casimir forces may result in novel uses of colloids as model systems.     

光学双稳系统的记忆、涨落与随机力

本文的研究结果表明：作为记忆元件的双稳系统应在远离平衡统计分布的准平衡分布状态下运行。Ｂｏｎｉｆａｃｉｏ与Ｌｕｇｉａｔｏ等（１９７８，１９８４）提出并着重讨论过的所谓‘反常’涨落，其实是平衡分布的双稳系统所固有，这也是在平衡分布下它完全失去记忆功能的一种反映。在双稳系统中，随机力既驱使涨落增长，又通过非线性项对涨落起镇定作用，正因为如此，在趋向临界点时围绕定态的涨落的极限值为有限，并非分布函数取高斯（线性）近似所导致的无限大。不稳定临界点（高、低支的端点）的涨落要高于稳定临界点的涨落。     

固井封固系统初始作用力及其影响

结合建井过程和水泥浆的水化硬化过程对封固系统初始作用力进行分析。结果表明:固井作业完成时封固系统受到初始作用力的作用,初始作用力包括井眼附近地层承担的钻开井眼后重新分布的地应力、套管内部流体对套管的静液柱压力、一界面处水泥环对套管的挤压力及其反作用力、二界面处水泥环对地层的挤压力及其反作用力,作用在一界面处的初始作用力形成的初始应力稍小于地层孔隙压力;作用在二界面处的初始作用力形成的初始应力与地层孔隙压力相等;一、二界面处的初始作用力是水泥浆水化直至形成水泥石的过程中逐渐传递地层孔隙压力的结果。现场测量数据验证了一、二界面处初始作用力的存在。封固系统初始作用力的变化会对封固系统产生重要影响。     

Coupling mechanism of multi-force interactions in the myosin molecular motor

The dynamics of the myosin molecular motor as it binds to actin filaments during muscle contraction are still not clearly understood. In this paper, we focus on the coupling mechanism of multi-force interactions in the myosin molecule during its interaction with actin. These forces include the electrostatic force, the van der Waals force and the Casimir force in molecular dynamic simulations of the molecules in solvent with thermal fluctuations. Based on the Hamaker approach, van der Waals and Casimir potentials and forces are calculated between myosin and actin. We have developed a Monte Carlo method to simulate the dynamic activity of the molecular motor. We have shown that because of the retardation effect, the van der Waals force falls into the Casimir force when the distance between the surfaces is larger than 3 nm. When the distance is smaller than 3 nm, the electrostatic force and the van der Waals force increase until the myosin becomes attached to the actin. Over the distances studied in the present work, the electrostatic force dominates the attractive interactions. Our calculations are in good agreement with recently reported experimental results.     

利用有限元法进行电力变压器绕组电动力的分析计算

利用有限元算法分析了三相电力变压器绕组各线匝在不同运行模式下电磁力的振动 ,并用电路参数的不同取值对应变压器的不同运行模式—空载、常态和短路 .分析结果表明 :内绕组在径向受到压力 ,外绕组在径向受到张力 ,内、外绕组轴向电磁力比径向力小很多 ,而相邻线饼或线匝间由于电磁力的原因存在相互挤压 .尤其在短路条件下 ,巨大的电动力将使变压器线圈产生变形 ,其局部或整体受到破坏 ,最后导致变压器发生故障     

非线性海浪载荷谱的研究

应用Hemite多项式.对非线性海浪阻力进行了分析.研究表明.非线性阻力线性化后.计算值比实际值小.其均方误差约为10％.这对于海洋结构物的设计和使用来说.将是不安全的.为了改进非线性海浪阻力的计算方法.本文首次提出了非线性阻力谱传递函数的概念.并通过数值计算.给出了该函数的经验公式.为非线性海浪阻力的计算提供了简便可行而又比较精确的计算方法.     

地层力计算新模型

定量计算钻头与地层之间的作用力对井眼轨迹控制具有重要意义。由三维钻速方程出发，根据钻头合位移方向即为其运动方向的思想，推导出了计算地层力的新模型。该模型综合考虑了地层和钻头的各向异性以及钻头转角的影响，它不受稳斜稳方位条件的限制，是现有地层力模型的补充和扩展。研究结果表明，钻头各向异性和钻头转角对地层力均有影响，把钻头当作各向同性处理时，计算出的地层力比实际钻头条件下要小；在井眼方位和地层下倾方位之间夹角不同条件下，不考虑钻头转角的影响，地层力会略高或略低于考虑转角的情况。由于钻头转角对地层力的影响很小，计算地层力时可以忽略。     

基于微波干涉雷达的斜拉桥索力测量方法

为提高大跨径斜拉桥索力测量的工作效率,提出了一种基于微波干涉雷达的斜拉桥索力测量方法,并将其测量结果与 DaspBCF手持式索力测量仪和JMM-268接触式索力动测仪的索力测量结果进行了对比检验。该方法采用IBIS-S微波干涉雷达系统提取桥梁斜拉索动态位移信息,通过快速傅里叶变换对斜拉索位移信号进行频谱分析,获取斜拉索振动基频后基于振动频率法计算斜拉索索力。实桥试验结果表明:微波干涉雷达测量索力可同时测量多根索的动态信息,测量效率高;自下而上发射雷达波束的方法可有效规避噪声影响;该方法得到的索力与传统加速度计测得的索力相对误差在2.2%以内,测量结果可靠,并具有高效率、易操作的特点,具有很好的应用价值。     

三惰轮复合齿轮泵瞬态径向力分析

通过对具有３惰轮的复合轮轮泵啮合点的瞬态位移分析,研究泵的瞬态径向液压力及瞬态啮合力径向分力,得出中心轮齿数为３的倍数时,中心轮与内齿轮的瞬态径向合力能完全平衡,且惰轮齿数为奇数时,其径向液压力脉动较小等结论。     

粘弹性动接触问题的阻尼简化处理

动接触力算法是求解粘弹性动接触问题的精度较高的方法之一。为找到这一方法的阻尼简化处理方法 ,同时保持动接触力方法的精度 ,利用求解线性代数方程组的迭代格式 ,研究了阻尼系数同动接触力方程解的关系 ,给出了动接触力方程的级数形式的解。从该级数解中分离出阻尼影响项 ,从而为求解动接触力方程时的阻尼简化计算提供了理论依据 ,由此提出了动接触力方法的阻尼简化计算原则。数值算例表明 ,阻尼简化算法可以简化动接触力方程的求解 ,在不损失精度的同时减少计算量 ,可用于动接触力方法中对动接触力的计算。     

圆弧类修正齿型涡旋机械气体力研究

分析了采用圆弧和线段修正齿端的涡旋机械型线啮合规律,发现只有修正曲线参与啮合的转角阶段的气体力才有别于不修正齿型;总结出了其在任意动盘转角位置的切向和径向气体力的简化和精确解析计算方法,该方法适用于所有采用圆弧和线段修正的涡旋齿型.实例验证表明,简化计算方法所带来的偏差切向力不超过5%,径向力不超过15%.齿端修正后切向和径向气体力波动幅度约增大1倍,不足压缩工况下径向气体力的最大值已接近切向气体力的最小值.     

磁流变液铁磁颗粒的动力学分析

分析磁流变液铁磁颗粒的受力和运动特点对研究磁流变液微观机理至关重要。基于磁偶极子理论,比较全面地分析了磁流变液中的铁磁颗粒在外加磁场作用下所受到的力,并对这些力进行了比较。同时,研究了颗粒可能的运动方式。分析结果表明,磁力、载液的粘性阻力和颗粒间的排斥力是颗粒的主要受力,平动是颗粒的主要运动方式。并通过数值模拟手段,得到磁流变液在磁场作用下的链柱状微结构,从而证明该动力学分析的有效性。     

Nanometre-scale displacement sensing using a single electron transistor

It has been a long-standing goal to detect the effects of quantum mechanics on a macroscopic mechanical oscillator. Position measurements of an oscillator are ultimately limited by quantum mechanics, where 'zero-point motion' fluctuations in the quantum ground state combine with the uncertainty relation to yield a lower limit on the measured average displacement. Development of a position transducer, integrated with a mechanical resonator, that can approach this limit could have important applications in the detection of very weak forces, for example in magnetic resonance force microscopy and a variety of other precision experiments. One implementation that might allow near quantum-limited sensitivity is to use a single electron transistor (SET) as a displacement sensor: the exquisite charge sensitivity of the SET at cryogenic temperatures is exploited to measure motion by capacitively coupling it to the mechanical resonator. Here we present the experimental realization of such a device, yielding an unequalled displacement sensitivity of 2 x 10(-15) m x Hz(-1/2) for a 116-MHz mechanical oscillator at a temperature of 30 mK-a sensitivity roughly a factor of 100 larger than the quantum limit for this oscillator.     

表面等离激元光学力研究进展

当一束光照射在物质上,光子与物质发生动量交换,部分动量转移到物质,等效于对物质产生作用力,称为光学力.这一作用力非常弱,一般在pN甚至更小的量级,但一定条件下,仍足以捕获和操纵纳米、微米尺度的物体.在金属纳米结构中,由于表面等离激元共振效应,诱导的局域电场可以产生增强的光学力,可以在亚波长尺度实现光操纵,并且由此衍生出一个极具吸引力的研究方向——表面等离激元光学力.本文介绍了利用金属纳米结构进行表面等离激元光学力操纵的最新研究进展.     

兔矢状缝扩张过程中环腺苷酸含量的变化

目的：了解兔矢状缝扩张过程中环腺苷酸含量的变化规律。方法：选用兔顶骨矢状状缝,用放射免疫法测定骨髓受不同大小,不同时间扩张力后,骨改建相关因子环腺苷酸（ｃＡＭＰ）的含量变化规律。结果：（１）骨缝受扩张力后,内源性ｃＡＭＰ在受力后１ｄ时低于对照水平,以后又上升至高于对照组水平;（２）大力组ｃＡＭＰ含量下降程度比小力组大。结论：较大的力引起的组织损伤大,骨改建延迟。在临床上快速扩大骨缝需更长的保持时间     

基于广义逆矩阵的机器人力与位置混合控制

推导了具有运动约束的机器人的拉格朗日动力学方程,该方程中包含了广义约束力。广义约束力被表达为机器人系统状态变量和广义输入力的显函数,力信息由此获得,因此无须使用力传感器即可同时控制机器人的力和位置。利用动力学冗余度（广义输入力的数目大于广义约束力的数目）,设计了基于广义逆矩阵的力与位置混合控制器。控制仿真结果表明,该控制方法具有较高的精度和较好的稳定性。     

反井钻机ZX315镐型镶齿滚刀有效钻压分析

反井钻机在金属和非金属矿山坚硬岩石地层中钻进井筒时,在因反井钻杆和硐室空间问题限制钻机能力的情况下,经常需要采用略高于有效破岩钻压进行钻进,而通过全尺寸滚刀破岩实验或单齿压入实验可以判断有效钻压.选用ZX315镐型镶齿滚刀和单轴抗压强度141.6 MPa的花岗岩,进行直线往复式滚刀破岩实验对.在25～150 kN不同钻压时,通过观察破岩面、称重破碎岩碴、记录实验数据,分析得到钻压与破岩体积关系曲线拐点,进而获得有效钻压为100 kN,根据钻压与滚动力关系曲线得到滚刀的滚动摩擦因数为0.203,通过对岩石单轴抗压强度和有效钻压的拟合,得到单轴抗压强度与有效钻压的关系公式,可计算得到有效扭矩.通过对不同岩石的有效破岩钻压分析,得到有效破岩钻压与岩石单轴抗压强度的关系,并推算得出ZX315镐型镶齿滚刀的有效钻进钻压近似为岩石单轴抗压强度的75.48％.     

内陆欠发达地区承接产业转移的机制及模式研究——以皖江城市带为例

欠发达地区承接产业转移的动力机制有地方政府力量、转移地区的离心力和承接地区的吸引力.在中国区域产业转移中,地方政府力量所起的作用明显强于国际产业转移中市场力量所起的作用.我国东部沿海经济发达地区面临土地、劳动力等要素成本不断上涨,能源短缺、发展空间狭小等问题,企业规模投资边际效益递减,而欠发达地区承接地在以上方面具有相对比较优势,在转移地区的离心力和承接地区的吸引力共同作用下,发达地区部分产业逐步向欠发达地区大规模转移.欠发达地区承接地政府应抓住国际国内产业大规模转移的重大机遇,找准产业承接方向,打造产业承接载体,优化产业承接环境,在思想观念、产业、政策体制、基础设施等方面与发达地区产业转移地进行无缝对接.     

Compliance of bacterial flagella measured with optical tweezers

The development of the gradient force optical particle trap ('optical tweezers') has made it possible to manipulate biological materials using a single beam of laser light. Optical traps can produce forces in the microdyne range on intact cells without causing overt damage: such forces are sufficient to arrest actively swimming bacteria and can overcome torque generated by the flagellar motor of a bacterium tethered to a glass surface by a flagellar filament. By calibrating the trapping force against Stokes' drag and measuring the twist that is sustained by this force, we determined the torsional compliance of flagella in tethered Escherichia coli and a motile Streptococcus. Flagella behaved as linear torsion springs for roughly half a revolution, but became much more rigid when turned beyond this point in either direction.